一起特殊的110kV用戶電能計量故障分析

國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司 張小龍 張繼東 王 淼 曹 嘯

某軟件園客戶由110kV龍信線771、華隱線995雙回路供電，用戶兩臺西門子50000kVA主變壓器，每臺主變壓器二次的10kV母線都分別安裝有一臺SVG動態無功發生器（無功自動補償裝置）。計量點電壓為110kV，高供高計3×57.7（100）V，電流互感器變比300/5，電能表倍率66000。

2019年12月裝表送電時，由于10kV母線沒有連接任何負荷，所以未能測試確定電能表安裝接線是否正確。2020年3月用戶用電設備啟用后，發現華隱線995電能表反向計量，工作人員更換了電能表并調整了電流接線方向。2020年6月，經用采系統監測發現客戶110kV龍信線771、華隱線995電能表仍存在反向電量。6月15日計量中心檢驗檢測班到現場更換電能表，換表前再次對電能表進行檢測，測量數據為Ua=60.1、Ia=0.357A、Ua∧Ia=16°，另外兩項基本相同。這些現場檢測數據均在正常范圍內但還是會引起反向電量的產生，該異常情況引起了工作人員的注意。隨后工作人員觀察了南京智能調度控制系統發現，該戶10kV母線共有5條出線累計負荷電流為45A，而補償電流卻達到73A。針對此種異常情況對該用戶開展了深入的分析和原因排查。

1 故障分析

根據電能表電流顯示數據隨著用戶的無功補償裝置的投切出現正反向變化，有功功率也隨之發生變化的故障現象，可判斷調整后的電能表接線仍存在問題，因為接線正確的情況下投切無功補償裝置不會引起有功功率發生正反向變化。再次對用戶計量裝置及電器設備進行現場檢查發現，用戶有兩臺西門子50000kVA主變壓器，每臺主變壓器二次的10kV母線都分別安裝有一臺SVG動態無功發生器（無功自動補償裝置）。隨著SVG的投入和退出，電能表記錄電量隨之發生正反向改變。

1.1 計量點1故障分析

1.1.1 原因分析與排查

現場查看SVG投入或退出時電能表的運行參數。龍信線771上無功自動補償裝置SVG投入前，計量元件一的電流反向，U1=60.1、I1=0.100A、U1∧I1=264.7°，計量元件二與元件三數據與元件一基本相同。龍信線771上無功自動補償裝置SVG投入后，電流正向，U1=60.1、I1=0.357A、U1∧I1=16°，計量元件二與元件三數據與元件一基本相同。

根據SVG投切前后的電流變化情況分析，可判斷SVG投入后電流I1順時針移相111.3°。因為SVG投入后電流移相超過了90°，可確定SVG投入后用戶的用電性質發生了改變。因為SVG投入后電流I1順時針移相111.3°，可推斷投入的無功補償設備是感性設備而非容性設備。圖1所示為SVG投切前后三相電壓和電流的相量圖，黑色為SVG投入前、紅色為SVG投入后的向量。

圖1 SVG投切前后三相電壓電流相量圖

據以上分析，SVG投入前的I1應為容性。因為I1超前U1大于90°、I1的隨相電壓不可能是U1。因為I1滯后U3、I1的隨相電壓也不可能是U3。所以I1的隨相電壓一定是U2，且I1電流線反接，為向量圖中-I1。因為電能表三相平衡所以電能表三相電流接反，電壓回路為跨相連接（即電能表的U1，實際接入了Uc）。

1.1.2 故障原因驗證

為驗證上述推斷的正確性，通過比較SVG投入前后有功功率的數值來判斷。SVG設備投入前、后電流I1分別為0.10A和0.357A，將電壓逆時針移相120°，投入SVG前電流I1的有功分量是0.10×57.7×cos35.3°=4.843W；投入SVG后電流I1的有功分量是0.357×57.7×cos76°=4.885W，兩個有功分量基本一致，說明這一推斷基本正確。所以可推斷龍信線771計量點1電能表的電壓、電流接線情況為：元件一（Uc、-Ia），元件二（Ua、-Ib），元件三（Ub、-Ic）。

1.2 計量點2故障分析

1.2.1 原因分析與排查

華隱線995上無功自動補償裝置SVG投入前，計量點2電能表數據顯示：電流正向，U1=60.1、I1=0.040A、U1∧I1=81.9°，其它兩相基本相同。華隱線995無功自動補償裝置SVG投入后，計量點2電能表顯數據示：電流反向，U1=60.1、I1=0.178A、U1∧I1=177.2°，其它兩相基本相同。

投入SVG后，電流I1順時針移相95.3°，因為移相角超過了90°，所以SVG投入后電能表計量的用電性質發生了改變。因為SVG投入后I1發生的是順時針移相，所以可推斷投入的無功補償設備是感性設備而非容性設備，且SVG投入前的I1應為容性。圖2所示為SVG投切前后華隱線995計量點2的相量圖，黑色為SVG投入前、紅色為SVG投入后的相量。因為SVG投入前的I1為容性，所以I1的隨相電壓不可能是U1。從相量圖看出，I1的隨相電壓只能是U2。因為電能表三相平衡，電壓回路應為錯相(即電能表的U1實際接入了Uc)。

圖2 SVG投切前后華隱線995計量點2的向量圖

1.2.2 故障原因驗證

為驗證上述推斷的正確性，比較SVG投入前后有功功率的數值。SVG設備投入前、后電流I1分別為0.04A和0.059A，將電壓逆時針移相120°，投入SVG前I1電流的有功分量是0.04×57.7×cos38.1°=1.816W；投入SVG后I1電流的有功分量是0.059×57.7×cos57.2°=1.844W，兩個有功分量基本一致，說明這一推斷基本正確。所以可推斷華隱線995計量點2電能表的電壓、電流接線情況為：元件一（Uc、Ia），元件二（Ua、Ib），元件三（Ub、Ic）。

根據以上分析結果，計量室檢驗檢測人員去現場完成故障消缺后，SVG設備無法投入。當強行投入SVG設備時電表功率因數很差，只有0.3，離電網要求的0.9相差甚遠。后經與電器設備安裝公司、開關廠、SVG生產廠共同排查發現，計量裝置故障為用戶計量用互感器的電壓、電流二次接線標注錯誤導致，隨后共同消除故障隱患。

2 差錯電量計算

2.1 計量點1差錯電量計算

2020年7月13日處理故障時，龍信線771計量點1電能表電量示數為：有功正31.01、有功反1.40、無功I=3.81、II=0、III=8.28、IV=10.35，電能表三元件電壓、電流基本均衡。對應的用戶變壓器二次側電能表示數為20.92，倍率80000。

2.1.1 更正系數法

更正系數法利用正確電量與錯誤電量（即故障或錯誤接線抄見電量）的比值求出更正系數G，再根據錯誤的抄見電量求出正確電量。更正系數計算公式為G=P/P，式中P為正確電量、kWh，P’為故障或錯誤接線下電能表反映的功率、kWh。求出更正系數G后，便可根據錯誤的抄見電量求出退補電量△P=(G-1)×P’。本文計量點1的錯誤電量和更正系數分別如式（1）和（2）所示，當φ=330°時，為式（3）。本文錯誤接線如采用傳統的更正系數法推算，當φ為330°時更正系數就是無窮大，所以更正系數法不能用于計算本文錯接線的退補電量。

2.1.2 計算法

計算法是利用錯誤電量的有功功率和無功功率和正確電量之間的關系，推導出用錯誤電量的有功和無功表示的正確電量。錯誤電量有功功率和無功功率表達式為：

所以正確電量為27.639×66000=1824174 kWh，電能表記錄電量為31.01×66000=2046660 kWh，退補電量為（27.639-31.01）×66000=-222486kWh。

2.1.3 退補電量算法驗證

根據用戶在變二側安裝的電能表所記錄電量加上變壓器的銅損、鐵損（空載損耗）驗證實際用電量計算的正確性。用戶變二側電能表示數20.92、倍率80000、用電量1673600kWh、容量50000kVA的西門子變壓器空載損耗30.7kW。龍信線771從2019年12月4日投入運行到2020年7月13日，共運行223天，變壓器損耗電量共計3.07×24×223=164306kWh，用戶的用電及損耗電量是1673600+164306=1837906kWh，與計算電量1824174kWh基本一致，所以計算法推算出來的實際用電量基本準確。

2.2 計量點2差錯電量計算

2020年7月13日處理故障時，華隱線995計量點2電能表電量示數為：有功正2.66、有功反21.41，無功I=9.19、II=2.15、III=1.12、IV=0，對應的用戶變二側電能表接線正確，正向有功示數15.50，倍率80000。

退補電量計算。實際用電量與退補電量計算如下式：

實際用電量18.23×6600=1203180kWh，電能表記錄電量2.66×6600=175560kWh，退補電量（18.32-2.66）×6600=1027620kWh。

退補電量算法驗證。根據用戶在變二側安裝的電能表所記錄電量加上變壓器的銅損、鐵損（空載損耗）驗證實際用電量計算的正確性，用戶變二側電能表示數15.5、倍率80000、用電量1240000kWh、容量50000kVA的西門子變壓器空載損耗30.7kW，2020年1月7日投入運行到2020年7月13日共運行188天，變壓器共計損耗電量30.7×24×188=138518kWh，用戶的用電及損耗電量是1240000+138518=1378518kWh，與計算電量1346400kWh基本一致。

綜上，計量裝置準確可靠運行是電力計量工作的根本，確保計量裝置故障的及時發現和消缺一直是計量運行管理的一項重點工作。通過本次故障的發現和處理，對計量在線監測和計量裝置故障的處理有了新的啟發和要求：一是要加強計量裝置在線監測工作，及時發現計量異常，降低差錯持續時間，縮小差錯電量；二是要加強計量故障分析與驗證，提高復雜計量裝置故障的處理能力，確保第一時間消除缺陷。